La coppia è una forza esercitata su un oggetto; questa forza tende a far cambiare all'oggetto la sua velocità di rotazione. Un'auto fa affidamento sulla coppia per fermarsi. Le pastiglie dei freni esercitano una forza di attrito sulle ruote, che crea una coppia sull'asse principale. Questa forza impedisce l'attuale senso di rotazione dell'assale, arrestando così il movimento in avanti della vettura.
Disegna un diagramma a corpo libero. Un diagramma di corpo libero isola un oggetto e sostituisce tutti gli oggetti esterni con forze vettoriali o torsionali. Ciò consente di sommare le forze e determinare la forza netta e la coppia che agiscono su un oggetto.
Mostra tutte le forze che agiscono sul veicolo quando il conducente inizia a frenare. C'è la forza di gravità verso il basso, e c'è anche la forza verso l'alto esercitata dalla strada. Queste due forze sono uguali e opposte, quindi si annullano a vicenda. La forza rimanente è la forza di attrito esercitata dalla strada, che agisce orizzontalmente nella direzione opposta al moto del veicolo. Ad esempio, supponiamo di analizzare una Jeep da 2.000 chilogrammi che ha appena iniziato a frenare. Il tuo diagramma mostrerebbe due forze verticali uguali e opposte di 19.620 Newton, che si sommano a zero, e una forza orizzontale indeterminata.
Determina la forza orizzontale della strada usando la seconda legge di Newton: la forza su un oggetto è uguale alla sua massa per la sua accelerazione. Probabilmente conosci o puoi ottenere il peso del veicolo dalle specifiche del produttore, ma dovrai calcolare il tasso di decelerazione. Uno dei modi più semplici per farlo è assumere un tasso medio di decelerazione dal momento in cui i freni vengono applicati per la prima volta, al punto di rilascio. La decelerazione è quindi la variazione totale della velocità divisa per il tempo trascorso durante il processo di frenatura. Se la Jeep passasse da una velocità di 20 metri al secondo a 0 metri al secondo in 5 secondi, la sua decelerazione media sarebbe di 4 metri al secondo. La forza richiesta per provocare questa decelerazione è pari a 2.000 kg * 4 m/s/s, che equivale a 8.000 Newton.
Calcolare la coppia che la forza della strada provoca sull'asse. Poiché la coppia è uguale alla forza per la sua distanza dal punto di rotazione, la coppia è uguale alla forza della strada per il raggio della ruota. La forza della strada è la reazione torsionale uguale e contraria causata dai freni, quindi la coppia frenante è uguale in grandezza e opposta in direzione alla coppia esercitata dalla strada. Se la ruota della Jeep ha un raggio di 0,25 metri, la coppia frenante è pari a 8.000 N * 0,25 m, o 2.000 Newton-metri.
Riferimenti
- "Cinematica e Dinamica per Macchine"; Carlo E. Wilson e J. Peter Sadler; 2003
Suggerimenti
- Potresti confonderti con il fatto che ci sono più ruote e il veicolo distribuirà una certa quantità di peso su ciascuna. Tuttavia, la coppia totale dipende ancora solo dalla quantità di forza orizzontale necessaria per fermare il veicolo. Se sono presenti pastiglie freno sia anteriori che posteriori e si desidera conoscere la coppia esercitata da ciascuna serie, è possibile stimare che ciascuna serie contribuisca alla metà della coppia totale.
Circa l'autore
Con sede nell'area metropolitana di Cleveland, Ohio, Brad Painting scrive di salute, tecnologia e temi ambientali. La sua esperienza include la scrittura di materiali di formazione, piani di gestione e vari articoli freelance. La pittura ha conseguito una laurea in ingegneria meccanica presso l'Università dell'Ohio ed è specializzata nella progettazione di edifici ecologici.
